TRIAC符号详解:双向可控硅功率开关元件入门指南
您是否处理大量功率开关应用,或需要一种应用广泛的电气器件和PCB元件?那么TRIAC(双向可控硅)是理想选择。TRIAC符号作为体现其双向特性的电路符号,同样值得深入了解。如果您是新手,无需担心。本文将拆解说明其定义、工作原理、符号详解、应用、结构等内容。
准备好了吗?让我们开始正题。
什么是TRIAC?
TRIAC由两部分组成:TRI代表三极管,AC代表交流电。即TRIAC是一种三端电子元件,激活后可双向调节电压。
也可定义为:一种三端四层半导体器件,用于控制交流可变功率。
半导体器件示例(带芯片的微芯片)
除了作为通用商标术语外,它还是可控硅家族的子集,类似于普通继电器:小电流和电压可控制更大的漏电流和电压。TRIAC与SCR(硅控整流器)相似,两者均允许电压流通。
简单SCR电路
两者在栅极电流停止后仍持续导通,仅在有维持电流(主电流)时才停止导通。
区别在于:SCR需正电压触发,而TRIAC可由正或负电压触发;SCR单向导通,TRIAC双向导通。
简言之,TRIAC凭借双向导通特性成为交流电的便捷开关。触发主电路连接的可控交流相位角,即可自动调节流入相位控制或负载的电压。可利用双极功率电子和电源器件调节调光灯、通用电机、电加热器等设备。
双极晶体管组(用于双极功率电子)
双极晶体管特性曲线
TRIAC结构
如前所述,双向器件具有三个端子和四层结构。其构造包含两个SCR,即两个SCR逆并联连接,并在单芯片上共用一个栅极区域端子。
端子半导体器件有六个掺杂区。栅极端子G与P型和N型材料欧姆接触,因此栅极可接受任意极性的触发脉冲启动导通。因TRIAC是双向器件,阴极和阳极栅极控制输入概念不再适用。
描述阴极和阳极的电解过程
因此可将端子标记为主端子1(MT₁)、主端子2(MT₂)和栅极G。
TRIAC如何工作?
理解双向器件操作的最佳方式是逐象限触发。需注意特定TRIAC的物理结构影响相对灵敏度。
第一象限
操作始于MT₂和栅极对MT₁为正时。栅极电流导通相应NPN晶体管,拉动相应PNP晶体管底部电流使其导通。部分栅极缓冲电流通过P型硅欧姆路径流入MT₁,未经NPN晶体管基极。P型硅中空穴注入使MT₁下方堆叠层(N、P、N)表现为NPN晶体管导通。同时影响MT₂上方的P、N层表现为PNP晶体管导通。此象限灵敏度最高,因栅极电流注入主器件晶体管基极。
PNP晶体管符号
一组PNP晶体管
NPN晶体管符号
NPN晶体管
第二象限
MT₂为正、栅极对MT₁为负时进入第二象限。导通过程三步进行:电压从MT₁经栅极下方P-N结流入栅极,导通由NPN和PNP晶体管组成的结构(视栅极为阴极)。栅极电流增加导致栅极下方P型硅左侧电位上升至MT₁,在P型硅左右建立电流,导通MT₁下方NPN晶体管及上方P型硅右侧PNP晶体管。主要电压跨越结构部分与第一象限相同。
第三象限
MT₂和栅极对MT₁为负时进入第三象限。始于栅极与MT₁端子间PN结正向偏置,少数载流子注入结合层:电子注入栅极下方P层。部分电子未复合,移至下部N区。第二阶段降低N区电位,直接作为PNP晶体管基极导通;上方P层电位升高作为MT₂上方PNP晶体管集电极并被激活。
第四象限
MT₂对MT₁为负、栅极电压为正时进入第四象限。触发过程同第三象限:栅极电流从栅极下方P层流入N层,少数载流子进入P区。部分自由电子未复合进入N区,后续路径同第三象限。此象限灵敏度最低,部分缓冲器和逻辑电平TRIAC在此象限不触发,仅前三象限激活。
TRIAC符号
TRIAC符号为简单电路图:两个相等SCR逆并联,栅极合并为单一栅极。若无栅极电流脉冲注入G端,则无电流流动。
TRIAC符号——TRIAC应用
双向可控硅无疑是晶闸家族中最普及的电气元件之一,广泛应用于:
- 电风扇
电风扇图片
- 交流功率控制
- 大功率灯具切换
- 调光器
电灯调光开关
- 电动机
一组工业电动机
TRIAC符号——TRIAC特性
TRIAC特性曲线包含四种主要模式:
- 模式1:第一象限工作,VMT21和VG1为正
- 模式2:第二象限工作,VMT21为正,VG1为负
- 模式3:第三象限工作,VMT21和VG1为负
- 模式4:第四象限工作,VMT21为负,VG1为正
其中:
- VMT21 —— 端子MT₂对MT₁电压
- VG1 —— 栅极对端子MT₁电压
普通TRIAC电流电压典型值:
- 维持电流 —— 75mA
- 平均触发电流 —— 5mA
- 导通态电流 —— 25A
- 导通态电压 —— 1.5V
TRIAC符号——如何测试TRIAC
可用欧姆表或万用表按以下步骤测试TRIAC:
- 确保万用表处于欧姆档
- 用结型二极管确认欧姆表引线极性
- MT₁接负极引线,MT₂接正极引线
- 用跳线将TRIAC栅极与MT₂短接
- 万用表应显示TRIAC无导通。重新连接:MT₁接正极,MT₂接负极
- 再次用跳线将栅极与MT₂短接,欧姆表应显示正向二极管结
TRIAC符号——DIAC与TRIAC的区别
首先,DIAC(二极管交流电)是两个二极管逆并联组合;TRIAC则是两个SCR逆并联且栅极合并形成TRIAC栅极。其次,TRIAC三端子,DIAC两端子。第三,TRIAC功率处理能力高于DIAC。触发TRIAC需在栅极施加正或负电压;触发DIAC只需在其端子间施加等于或超过击穿电压的电压。最后,TRIAC有栅极端子,DIAC无栅极。
结语
TRIAC符号易于理解,因其图示简单。TRIAC优势明显:仅需单熔断器保护,器件任一方向均安全击穿。简言之,三端双向半导体器件可有效控制交流功率。
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